手指刚碰到烫的杯子,手已经缩回;听到身后突然的鸣笛,身体会立刻侧身避让。这样的反应快得像没有经过思考,但它绝不是“信号直接从手跳到肌肉”。在极短时间里,信息要被接收、传递和整合,再让肌肉或腺体作出反应。完成这一切的,是由许多细胞和通路精密连接而成的神经系统。
神经调节的突出特点是反应迅速、作用相对准确。要理解这种速度和准确性从哪里来,可以沿着一条信息线索追问:刺激从哪里被发现?兴奋在什么结构中传递?中枢怎样把接收到的信息变成指令?这一章就从结构出发,逐步走进这张“信息网”。

神经系统可以按位置分为中枢神经系统和外周神经系统。脑和脊髓组成中枢神经系统:它们既接收和处理信息,又能发出调节指令。与脑、脊髓相连的脑神经和脊神经属于外周神经系统,负责把中枢与全身的感受器、肌肉和腺体连接起来。
把它想成交通系统会更清楚:脑和脊髓像信息汇集、分析和调度的枢纽;神经像一条条联通枢纽与身体各部位的线路。皮肤受到刺激后,信息沿传入神经到达中枢;中枢作出调节后,指令又沿传出神经到达效应器。这里的“传入”和“传出”是相对于中枢而言的,而不是相对于手、脚等某个器官而言的。

脑并不是一个功能完全相同的整体。大脑皮层与感觉、运动、语言、学习和记忆等高级神经活动密切相关;小脑与躯体运动的协调以及平衡的维持有关;脑干参与许多维持生命的基本活动;脊髓既是脑与外周神经之间的重要通路,也能完成一些简单的反射活动。不同层级的中枢相互联系,使反应既能很快发生,也能受到更高级中枢的调节。
分级调节不等于低级中枢“听不到”高级中枢的作用。以脊髓反射为例,脊髓可以完成反射的基本整合,但在正常情况下,大脑等高级中枢能够对相关活动进行调控。因此,反射动作往往既有迅速的一面,也可能受意识、经验和当前情境影响。
神经系统的基本工作可以概括为三步:先由感受器接收内、外环境的变化;再由中枢神经系统分析和综合信息;最后经传出神经使效应器作出相应反应。感受器是指传入神经末梢及其所支配的、能接受刺激的结构;效应器是指传出神经末梢及其所支配的肌肉或腺体。
当光线、声音、温度变化或体内某种状态发生改变时,神经系统接收的不是一句现成的“命令”,而是许多来自不同部位的信息。中枢把这些信息联系起来,才可能形成合适的调节。也正因如此,同一刺激在不同情境下不一定引起完全相同的反应。
神经元,也叫神经细胞,是神经系统结构和功能的基本单位。典型神经元由细胞体、树突和轴突构成。细胞体内有细胞核和多种细胞器,是神经元代谢和营养的中心;树突通常较短、分支多,主要接受信息并把信息传向细胞体;轴突通常较长,能把兴奋从细胞体传向其他神经元或效应器。轴突末端分支形成神经末梢,便于同许多细胞建立联系。

把神经元的结构和信息方向对应起来,就不容易混淆:多数情况下,兴奋沿着“树突或细胞体 → 轴突 → 轴突末梢”的方向在一个神经元内传导。神经元之间并不是首尾相接的连续导线,它们要在特定的连接部位完成信息传递,后面会专门讨论这个部位——突触。
除了神经元,神经系统中还有数量很多的神经胶质细胞。它们一般不直接产生和传导兴奋,却能支持、保护、营养神经元,并参与构成髓鞘等结构。把神经系统只理解成一群孤立的神经元,就像只看见电线而忽略了绝缘层、支架和维护系统,无法解释神经信号为什么能稳定而高效地传播。

在中枢神经系统中,神经元的细胞体集中的区域颜色较深,称为灰质;神经纤维集中的区域颜色较浅,称为白质。这一现象和细胞体、神经纤维的分布有关,也是观察脑和脊髓结构时常用的线索。
生活中“遇热缩手”“眨眼”“膝跳”等现象并非肌肉自己决定的,它们都属于反射。反射是神经调节的基本方式,指在中枢神经系统参与下,机体对内外刺激所发生的规律性应答。题目中若只有肌肉受刺激后本身的收缩,却没有中枢神经系统参与,就不能据此判断为反射。
完成反射的结构基础是反射弧。一个完整反射弧包括五个环节:感受器、传入神经、神经中枢、传出神经和效应器。以缩手反射为例:皮肤中的感受器接受高温刺激,兴奋经传入神经进入脊髓的相关中枢;中枢整合后,兴奋沿传出神经到达上肢肌肉;肌肉收缩,手迅速缩回。

反射弧的每一环都不能被随意省略。感受器不能把兴奋直接“送到肌肉”,因为它连接的是传入通路;肌肉或腺体是效应器,负责作出反应,但并不承担中枢整合。反射弧某一环节受损,反射活动就可能不能正常完成。遇到相关实验题,先用五个环节检查通路是否完整,往往比直接猜结论可靠。
先找刺激被谁接收。皮肤中能接受高温变化的结构属于感受器,它把刺激转化为可在神经系统中传递的信息。
再判定信息进入中枢的方向。由感受器通向脊髓的通路是传入神经,方向的参照点始终是中枢。
脊髓的相关部位对信息进行整合后,兴奋沿传出神经离开中枢,抵达上肢的骨骼肌。
最后看到骨骼肌收缩、手缩回,才是效应器作出的反应。这样就把刺激、反射弧和反应连成了完整因果链。
所受反射的动画中的手臂还是难看+抽象 不清晰明了
神经元能够传递信息,和细胞膜两侧离子分布不均匀有关。在未受到刺激时,神经纤维膜内外存在电位差:膜外相对为正电位、膜内相对为负电位,这种状态称为静息电位。它不是“没有任何活动”,而是神经纤维保持着一种能够被刺激和改变的状态。
当某一部位受到适宜刺激时,细胞膜对离子的通透性发生改变,Na⁺内流,使膜内由负变正、膜外由正变负,形成动作电位。如果刺激没有达到一定强度,通常不能产生动作电位;达到一定强度后,动作电位的幅度基本相同。这为兴奋在神经纤维上不衰减地传导提供了基础。

兴奋部位与相邻静息部位之间存在电位差,于是形成局部电流。局部电流使相邻静息部位受到刺激并产生动作电位,新的兴奋部位又继续影响更远的相邻部位,兴奋便沿神经纤维传导开来。可以把它看成沿队列依次点亮的灯:每一盏灯都不是把自己的亮度“送走”,而是使下一盏灯在原地被点亮。
在离体、完整神经纤维上,从中间给予刺激,兴奋可向两侧传导;但在机体内,信息沿反射弧传递时,方向受到感受器、突触和效应器等结构的限制,不能简单地把“神经纤维可双向传导”套用到整个神经调节通路上。
有些轴突外面包有髓鞘,髓鞘之间的间隔称为郎飞结。髓鞘起绝缘等作用,使兴奋主要在郎飞结处发生,仿佛从一个结“跳”到下一个结,这种方式称为跳跃式传导。与无髓鞘神经纤维上的连续传导相比,跳跃式传导更快,也更节省能量。

“兴奋传导不衰减”不是说同一处动作电位被原封不动地搬到远处,而是说相邻部位依次产生新的、幅度基本相同的动作电位。传导的本质是不断再生,而不是一股电流越流越远。
神经元之间常通过突触传递信息。一个典型的突触由三部分构成:突触前膜、突触间隙和突触后膜。突触前膜通常是前一个神经元轴突末梢的细胞膜,突触小泡中贮存着神经递质;突触后膜通常是下一个神经元的树突膜或细胞体膜,上面有能识别神经递质的特异性受体。

当兴奋传到轴突末梢时,突触小泡移动到突触前膜并与之融合,通过胞吐释放神经递质。神经递质扩散通过突触间隙,与突触后膜上特异性受体结合,引起突触后膜的离子通道等发生变化,从而使下一个神经元兴奋或受到抑制。这个过程包含电信号到化学信号、再到电信号的转换。
神经递质只贮存在突触前膜一侧的突触小泡中,而特异性受体主要分布在突触后膜上。结构的不对称决定了兴奋在一个突触中通常只能从突触前膜传向突触后膜。因此,尽管一段离体神经纤维可双向传导,多个神经元组成的反射弧仍能保持相对确定的信息方向。
突触传递比神经纤维上的传导多了一次化学过程,所以要消耗更多时间;但突触让神经元能够相互联系、整合信息,也让神经调节获得了精细而复杂的可能。一个神经元可以和许多其他神经元形成突触,信息在网络中的汇聚与分流,正是中枢完成分析和综合的重要结构基础。
突触后膜后面的文字被遮挡
从烫手到缩手,一条完整的反射弧包含两层“接力”:在一条神经纤维上,兴奋借助局部电流传导;在两个神经元之间,兴奋借助神经递质跨突触传递。在反射弧中,传入、传出神经元及中间神经元通过突触形成有序连接,神经中枢可位于脊髓或脑的相应部位;不同层级的中枢再通过神经通路相互联系。这些结构关系共同解释了神经调节为何能又快又准。
答题时,不妨把反射活动还原成路径:刺激 → 感受器 → 传入神经 → 中枢 → 传出神经 → 效应器。若题目继续追问微观机制,再补上“神经纤维上靠局部电流,突触处靠神经递质”。结构、方向和机制三者一一对应,陌生情境也就有了可推演的依据。
某人脊髓反射弧完整,但传出神经受到损伤。皮肤感受到针刺后,他能否完成相应的缩手反射?能否形成痛觉?请分开说明原因。